離心式冷水機(jī)組的喘振機(jī)理及防止方法

離心式冷水機(jī)組在運(yùn)行中容易產(chǎn)生喘振(surge) 故障，喘振發(fā)生時(shí)機(jī)身會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動(dòng)，機(jī)組的制冷劑壓力和壓縮機(jī)電流忽高忽低變化劇烈，并伴隨著間歇的很沉悶的氣流噪聲。過于頻繁的喘振還會(huì)損壞擴(kuò)壓器和葉輪，給用戶的使用帶來不便和不安全因素。所以，喘振在運(yùn)行中應(yīng)該努力避免。

喘振產(chǎn)生的機(jī)理：

離心式制冷壓縮機(jī)的基本工作原理：利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪將能量傳遞給流道中連續(xù)流動(dòng)的制冷劑氣體，使之獲得極大速度，同時(shí)氣體壓力提高，而葉輪出口處設(shè)置的擴(kuò)壓器使葉輪的流通面積逐漸擴(kuò)大。高速氣體從葉輪流出后，再流經(jīng)擴(kuò)壓器進(jìn)行降速擴(kuò)壓，使氣體流速降低壓力升高，即把氣體的一部分速度能(動(dòng)能)轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫δ?，完成壓縮過程，因此，離心式制冷壓縮機(jī)是一種高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備。

葉輪中制冷劑氣體的流動(dòng)速度三角形如圖1所示。

假設(shè)葉輪有無限多個(gè)葉片，同慣性離心力相比，重力可忽略，流經(jīng)葉輪的流量Q、葉輪的角速度X及轉(zhuǎn)速n 都不變，而且流體在葉輪入口和出口的速度沿周向均勻分布，則流體相對(duì)于各自流道的流動(dòng)都是相同的一維流動(dòng)。這樣，流體就是定常的。

小流量時(shí)產(chǎn)生喘振的機(jī)理：

小流量時(shí)會(huì)在擴(kuò)壓器中產(chǎn)生渦流和邊界層分離現(xiàn)象，因此，喘振現(xiàn)象會(huì)發(fā)生在小負(fù)荷、小制冷劑流量的工況下。由于v2 方向變化過大，與擴(kuò)壓器的入口方向不一致，造成氣體在進(jìn)入擴(kuò)壓器流道時(shí)發(fā)生沖擊。沖擊嚴(yán)重時(shí)就會(huì)產(chǎn)生渦流，渦流區(qū)中氣體的流動(dòng)受阻，使壓縮機(jī)的排氣壓力突然下降。

同時(shí)，擴(kuò)壓器流道內(nèi)氣體的流動(dòng)來自葉輪對(duì)氣流作功所轉(zhuǎn)變成的動(dòng)能。邊界層內(nèi)氣流流動(dòng)主要靠主流中傳遞來的動(dòng)能，邊界層內(nèi)氣體流動(dòng)時(shí)，要克服壁面的摩擦力，小流量時(shí)由于v2 的數(shù)值沿流道方向減小，壓力增大，主流的動(dòng)能也不斷減小，當(dāng)流道內(nèi)氣體流量減小到某一值后，主流傳遞給邊界層的動(dòng)能不足以克服壓力差繼續(xù)前進(jìn)時(shí)，邊界層的氣流就停滯下來，進(jìn)而產(chǎn)生旋渦和倒流，使氣流邊界層分離。壓縮機(jī)的排氣壓力降低使蝸殼中的氣體倒流，經(jīng)過一段時(shí)間后壓縮機(jī)的流量增大，壓縮機(jī)又恢復(fù)正常。但由于外界的負(fù)荷小，蒸發(fā)量不夠，制冷劑流量又慢慢減小，再次使蝸殼中的氣體產(chǎn)生倒流。如此周期性地反復(fù)就產(chǎn)生了喘振。

大流量時(shí)產(chǎn)生喘振的機(jī)理：

由于離心式制冷壓縮機(jī)的葉輪都是后向型，β2 ＜π/2，所以理論揚(yáng)程曲線是一條單調(diào)遞減的直線；考慮壓縮機(jī)的損失，包括機(jī)械損失、容積損失、摩擦損失、沖擊渦流損失等，離心式制冷壓縮機(jī)的理論性能曲線和實(shí)際性能曲線如圖2所示。其中A 點(diǎn)為實(shí)際揚(yáng)程最高點(diǎn)。機(jī)組運(yùn)行在0到QB 區(qū)域內(nèi)，QA 點(diǎn)的附近是最佳工作區(qū)。高于實(shí)際揚(yáng)程線的外部區(qū)域就是喘振區(qū)域。

隨著負(fù)荷的增大，冷凝溫度逐漸升高，冷凝壓力也會(huì)升高。如果所要求的冷水水溫比較低，則蒸發(fā)壓力也就比較低, 如果這時(shí)室外的氣溫很高，濕度又大( 這種工況在我國南方沿海地區(qū)的夏季比較常見)，則冷卻塔的換熱效果下降，冷卻水溫升高，隨之冷凝壓力也升高。同時(shí)如果還有冷卻水量不足、制冷系統(tǒng)中有不凝性氣體、換熱管結(jié)垢等現(xiàn)象使冷凝壓力進(jìn)一步提高，則要求壓縮機(jī)的壓頭也要進(jìn)一步提高。一旦冷凝器和蒸發(fā)器的壓力差大于壓縮機(jī)的揚(yáng)程，冷凝器中的氣體就會(huì)倒流，喘振現(xiàn)象發(fā)生。在圖2中直觀地顯示為，只要機(jī)組運(yùn)行線在實(shí)際揚(yáng)程線以內(nèi)，機(jī)組就可以平穩(wěn)運(yùn)行；超過了實(shí)際揚(yáng)程線，機(jī)組就會(huì)發(fā)生喘振。

開利19XL離心式制冷機(jī)組防喘振的方法：

離心式制冷機(jī)組防止喘振的方法一般有兩種：等壓力控制法和等流量控制法。某品牌19XL離心式制冷機(jī)組防喘振采用等流量控制法，它通過熱氣旁通閥使冷凝器中的高壓氣體進(jìn)到蒸發(fā)器中。降低冷凝器的壓力并提高蒸發(fā)器的壓力，降低了壓縮機(jī)的壓頭，同時(shí)增加了壓縮機(jī)的流量，以此改善工況來防止喘振?，F(xiàn)把該型機(jī)組防喘振調(diào)試中認(rèn)為應(yīng)該注意的幾點(diǎn)提出來供操作時(shí)參考。

機(jī)組通過本機(jī)集總控制裝置(PIC)監(jiān)測壓縮機(jī)電機(jī)的電流來判斷機(jī)組是否進(jìn)入喘振工況。一旦機(jī)組電流的波動(dòng)幅度超過一定值(默認(rèn)是25%，也可以通過控制面板LID設(shè)定)達(dá)1s，控制系統(tǒng)就會(huì)記下一次喘振。如果在設(shè)定時(shí)間段內(nèi)( 默認(rèn)是5 min) 這樣的波動(dòng)達(dá)到12次，控制系統(tǒng)就認(rèn)為機(jī)組運(yùn)行進(jìn)入了喘振工況, 機(jī)組就會(huì)停止運(yùn)行并報(bào)警(EXCESSIV E COMPR SU RGE)。這樣就對(duì)機(jī)組進(jìn)行了保護(hù)，防止喘振對(duì)機(jī)組的損壞。此外，還可以通過可選配件-熱氣旁通閥，當(dāng)機(jī)組將要進(jìn)入喘振工況時(shí)打開熱氣旁通閥來改善機(jī)組的工況，達(dá)到對(duì)機(jī)組的喘振保護(hù)。

無論是喘振停機(jī)還是熱氣旁通閥對(duì)機(jī)組的喘振保護(hù)，機(jī)組的控制系統(tǒng)都是通過圖3 所示的喘振保護(hù)線來判斷壓縮機(jī)的揚(yáng)程是否過高。通過上文已經(jīng)知道某個(gè)葉輪的揚(yáng)程隨葉輪的氣體流量而變化，一旦揚(yáng)程過高就容易進(jìn)入喘振工況。